10.1. Nhiệm vụ và yêu cầu chống thấm buồng âu 10.1.1. Thiết bị tiêu nước và chống thấm có nhiệm vụ:
a) Giảm trị số áp lực ngược của dòng thấm lên đáy và tường âu;
b) Đảm bảo cho đất nền âu và mái của các kênh đất, các bộ phận nối tiếp, đê,... được ổn định và khơng bị xói lở khi chịu tác dụng của dòng thấm;
c) Giảm lượng nước hao tổn do thấm dưới âu và vòng quanh âu;
d) Bảo vệ cơng trình âu khỏi tác dụng của nước ngầm xâm thực (trong trường hợp cần thiết); e) Tháo và dẫn nước thấm một cách an tồn cho cơng trình.
10.1.2. Thiết bị chống thấm của âu được làm dưới dạng sân phủ, tường nghiêng và màng chống
thấm, hàng cừ, chân khay, chân đinh. Thiết bị tiêu nước được làm dưới dạng: lọc ngược, đường tiêu nước, giếng giảm áp (nước tự trào ra hoặc bơm nước ra)...
10.1.3. Đường viền dưới đất và vòng quanh âu được xác định bởi kích thước các phần tử khơng
thấm nước của đầu và tường buồng âu đã được quy định theo các điều kiện bố trí thiết bị và làm việc tĩnh của cơng trình. Dạng kết cấu của các thiết bị chống thấm riêng biệt phải thích hợp với các điều kiện tự nhiên tại chỗ, đồng thời đáp ứng các yêu cầu kinh tế.
10.1.4. Khi thiết kế các thiết bị chống thấm và tiêu nước cần xét đến sự thay đổi thường xuyên và
nhanh chóng hướng chuyển động của dịng thấm khi làm đầy và tháo cạn buồng âu, đặc biệt là khi âu có đáy thấm nước.
10.1.5. Trong trường hợp đáy không thấm nước của âu kéo dài suốt từ đầu âu thượng đến đầu
âu hạ về phương diện thấm phải xem xét âu trên nền không phải là đá làm việc như một cơng trình thống nhất có dạng hộp kín dài, bị bao bọc bởi dịng thấm.
Trong trường hợp đáy âu thấm nước, mỗi đầu âu và tường buồng âu phải được xem như một cơng trình dâng nước riêng biệt với sự kéo dài tương ứng đường viền dưới đất của các đầu âu và tường buồng âu.
10.1.6. Âu có đáy khơng thấm nước bảo đảm điều kiện làm việc tốt hơn cả, vì vậy việc xây dựng
âu có đáy thấm nước chỉ cho phép khi có luận chứng kinh tế kỹ thuật cụ thể.
Trong trường hợp đó nếu cột nước trên âu 1 buồng hoặc trên một buồng của âu nhiều buồng nhỏ hơn 5 m, đồng thời nếu cột nước nhỏ hơn 0,4 chiều rộng hữu ích của buồng, cho phép dùng kiểu đáy thấm nước khơng cần có luận chứng đặc biệt. Cịn khi cột nước lớn hơn 12 m và lớn hơn 0,5 chiều rộng hữu ích của buồng âu thì cần áp dụng loại đáy không thấm nước. Trong giới hạn giữa các trị số kể trên thì việc lựa chọn kiểu đáy cần phải tiến hành trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật, cho phép dùng kiểu đáy thấm nước một chiều theo hướng từ dưới lên (được gọi là đáy bán thấm nước với các van mở ra khi có áp lực ngược dư).
10.1.7. Khi đặt buồng âu ở hạ lưu thì mực nước sau thành buồng trong trường hợp các buồng âu
bị tháo cạn hoặc bơm cạn phải được điều chỉnh bằng các thiết bị thoát nước ngầm đặt sau tường. Muốn vậy, trong khối đất đắp trả lại dọc sau tường buồng âu phải bố trí hoặc là đường tiêu nước hở (các rãnh tiêu nước) hoặc là đường tiêu nước kín.
10.1.8. Khi bố trí buồng âu ở thượng lưu thì thiết bị tiêu nước ngầm nói chung khơng phải xét
đến, nếu đất đắp trả lại sau tường âu theo thiết kế khơng đắp trên tồn bộ chiều cao hoặc có chiều rộng nhỏ trên đỉnh (hình 6, a), khi đó phải xét đến sự làm việc của buồng âu đã được tháo nước hoặc bơm cạn dưới cột nước toàn phần của thượng lưu.
Nếu đất đắp trả lại sau tường buồng âu có chiều rộng ở đỉnh lớn, thì ngay trong trường hợp đã nêu trên có thể vẫn bố trí thiết bị tiêu nước ngầm (hình 6, b).
CHÚ THÍCH: a) khơng có thiết bị tiêu nước; b) có thiết bị tiêu nước;
1) mực nước thấp nhất; 2) đường tiêu nước hở; 3) đường tiêu nước kín.
Hình 6 - Sơ đồ đất đắp trả lại và thiết bị tiêu nước sau tường buồng âu bố trí âu ở thượng lưu
Việc bố trí hệ thống tiêu nước và kích thước khối đất đắp trả lại phải đảm bảo khả năng đào lộ thiết bị tiêu nước để sửa chữa khi bị tắc.
Hành lang tiêu nước chính nên làm đủ lớn có thể đi lại được.
10.1.9. Khi bố trí âu trên nền đá chắc thì hệ thống chống thấm và tiêu nước cần được thiết kế để
giảm áp lực ngược lên các phần tử kết cấu và ngăn ngừa sự xói ngầm đất nằm trên đá do thấm vịng quanh cơng trình.
Khi nền đá hoặc nửa đá chống thấm kém cũng như trong đá có các lớp đất kẹp, cần phải xét đến những vấn đề đã đề cập tới trong trường hợp thiết kế thiết bị chống thấm và tiêu nước của âu trên nên khơng phải là đá.
10.2. u cầu tính tốn hệ thống thấm của âu
10.2.1. Tính thấm cho âu phải được tiến hành theo tiêu chuẩn TCVN 9143:2011, các tiêu chuẩn,
quy chuẩn hiện hành về tính thấm cơng trình thủy cơng và theo tài liệu kỹ thuật có xét đến các yêu cầu theo các điều từ 10.2.2 đến 10.2.7 dưới đây.
10.2.2. Tính tốn và nghiên cứu thấm cho các âu trên đường thủy loại I và II ở giai đoạn bản vẽ
thi công cần được tiến hành với bài tốn chuyển động khơng gian của dòng thấm trong khu vực âu, bao trùm khá đầy đủ dòng thấm đó trên mặt bằng và mặt đứng.
Tính thấm dưới tường buồng âu trong trường hợp đáy âu thấm nước được phép tiến hành theo bài toán phẳng.
Trong tất cả các trường hợp xét đến các nhân tố có thể làm giảm hiệu ích cơng tác của thiết bị chống thấm, phải xét đến sự có mặt của các lớp kẹp khơng thấm nước, tính dị hướng của đất, khả năng làm tắc thiết bị tiêu nước...
GHI CHÚ: khi nghiên cứu thấm, cho phép xét tình trạng tắc thiết bị tiêu nước ở các đoạn nằm tại vị trí bất lợi nhất, có chiều dài tổng cộng đến 50% chiều dài mỗi tuyến đường tiêu nước.
10.2.3. Khi tính và nghiên cứu thấm bằng phương pháp tương tự thủy điện động cho tất cả các
âu ở giai đoạn thiết kế sơ bộ và đối với âu trên đường thủy loại lIl và IV cả ở giai đoạn bản vẽ thi công, cho phép dùng các phương pháp gần đúng, đưa các bài tốn khơng gian về bài toán phẳng bằng cách xét riêng thấm có áp ở nền các đầu âu và buồng âu, và thấm khơng áp ở vịng quanh cơng trình.
10.2.4. Khi tính thấm, cột nước tính tốn cần phải lấy theo mực nước thượng hạ lưu trong trường
hợp âu làm việc bất lợi nhất với cao trình đã chọn của đường tiêu nước dọc. Cao trình đáy đường tiêu nước của các âu một buồng và của các buồng hạ lưu của âu nhiều buồng, khi biên độ dao động của mực nước hạ lưu nhỏ phải lấy cao hơn mực nước hạ lưu lớn nhất là 1 m. Trong trường hợp mực nước hạ lưu vào thời gian lũ với tần suất hiếm xảy ra dâng lên nhiều, thì đường thốt nước ngầm nên đặt thấp hơn mực nước cao nhất ở hạ lưu để không làm cho kết cấu âu bị
nặng nề, do phải tính tốn các kết cấu đó trong trường hợp tháo cạn buồng âu để sửa chữa. Đồng thời để không giảm quá mức giai đoạn sửa chữa buồng âu, việc hạ thấp đường tiêu nước nên giới hạn ở cao trình tương ứng với lưu lượng lớn nhất của sông với tần suất 10% đối với âu trên đường thủy loại I và II, và 20% trên đường thủy loại III và IV.
Đường tiêu nước buồng âu của các âu nhiều buồng, trừ đường tiêu nước ở buồng âu hạ lưu, nên đặt ở cao trình cao hơn mực nước thấp nhất trong buồng âu tương ứng là 1 m, nhưng không thấp hơn cao trình đường tiêu nước của buồng âu dưới đó.
10.2.5. Khi tiến hành tính tốn và nghiên cứu thấm cho các âu có đáy khơng thấm nước thì chỉ
nên xét các điều kiện chuyển động ổn định của dịng nước dưới cơng trình và bậc sườn. Khi đó, độ tăng mực nước ngầm ở ngay sau lưng tường đầu âu và buồng âu so với mực nước cao nhất trong đường tiêu nước, có thể xảy ra do thấm qua các khe nhiệt - lún giữa các đoạn cơng trình khi buồng âu đầy nước, cho phép chênh lệch cao trình giữa mực nước cao nhất trong buồng âu và đỉnh đường tiêu nước Ht:
a) Đối với khối đất đắp trả lại là cát - tăng lên 0,1 Ht ≥ 1 m; b) Đối với khối đất đắp trả lại là cát - tăng lên 0,3 Ht ≥ 1,5m;
10.2.6. Khi tiến hành tính tốn và nghiên cứu thấm cho các âu có đáy thấm nước phải chú ý: khi
làm đầy và tháo cạn buồng âu, chuyển động của dịng nước dưới và bên sườn cơng trình là khơng ổn định. Hơn nữa sau một thời gian dài khi nước trong buồng âu dừng lại ở một cao trình các mực nước đo áp thay đổi rất chậm so với sự thay đổi mực nước trong buồng âu. Vì vậy đối với tất cả các phần của âu có kết cấu đáy buồng như vậy cần xét đến 2 sơ đồ tính tốn bất lợi nhất và mặt thấm làm việc tĩnh của đầu và buồng âu như sau:
a) Buồng âu bị tháo cạn đột ngột, còn mực nước trọng nền và sau lưng tương ứng với khi buồng âu đầy nước;
b) Buồng âu được làm đầy đột ngột, còn mực nước trong nền và sau lưng tường lại tương ứng với khi buồng âu cạn nước.
10.2.7. Khi thiết bị chống thấm có dạng hàng cừ thẳng đứng và các vật cản khác, màng chắn,
chân khay, làm cho cát trở thành khơng thấm nước hoặc ít thấm nước, mà việc tính tốn khơng cho kết quả tin tưởng được, thì cho phép lấy áp lực thấm cịn lại sau hàng cừ trong giới hạn (0,1 đến 0,3)Ht tùy thuộc vào đặc tính vật chắn và mức độ thấm nước của nền. Trong những trường hợp đó, cần phải đặc biệt chú ý đến sự đảm bảo cho thiết bị tiêu nước làm việc an toàn cả về mặt dẫn thấm cũng như mặt bảo vệ đất nền và đất đắp trả lại
10.3. Kết cấu của thiết bị chống thấm và tiêu nước của âu
10.3.1. Các phần tử đường viền dưới đất và vịng quanh cơng trình (sân phủ, hàng cừ, màng
chắn, tường lõi, đường tiêu nước) cần thỏa mãn các yêu cầu chung đặt ra cho việc thiết kế các kết cấu tương tự của cơng trình thủy cơng.
10.3.2. Để có thể quan sát, kiểm tra và sửa chữa thường xuyên trong thời kỳ vận tải thủy cũng
như để sửa chữa lớn, các phần tử của hệ thống thấm trong thời gian giữa các thời kì vận tải thủy, cần dự kiến khả năng tháo cạn từng bộ phận của âu, khả năng quan sát và sửa chữa các thiết bị tiêu nước.
10.3.3. Để ngăn mưa thấm tập trung xung quanh đầu âu cần phải tính đến những vấn đề sau
đây:
a) Mặt sau các mố hiện khơng có độ nghiêng về phía khối đất đắp trả lại và khơng được có các phần lồi nằm ngang thắp hơn mực nước lớn nhất trong âu;
b) Đất đắp trả lại xung quanh đầu âu theo tuyến áp lực phải là loại đất ít thấm nước hơn, phải bố trí thêm các màng chống thấm (tường cừ, màng chắn) theo tuyến chịu áp lực.
Âu cần đắp bằng loại đất có khả năng thấm nước lớn hơn, và ở các vị trí nước thấm có thể đi ra (đáy và mái các rãnh tiêu nước) nên phủ bằng lọc ngược.
10.3.4. Đất đắp trả lại xung quanh buồng âu và đầu âu (trừ âu ở tuyến áp lực) nên đắp bằng đất
cát thấm nước.
Nếu trên khu vực xây dựng có ít loại đất như thế thì dùng nó để đắp từ cao trình đáy đường tiêu nước trở lên, hoặc cùng lắm thì đắp trực tiếp ở bên tường một lớp không mỏng hơn 2 m nối tiếp với đường tiêu nước trên toàn bộ chiều dài của buồng âu hoặc ở các đoạn đối diện với các khe nhiệt - lún.
10.3.5. Trong các điều kiện khai thác bình thường cần dự kiến dẫn nước ngầm từ thiết bị tiêu
nước ra bằng cách tự chảy, chỉ dùng bơm đối với các điều kiện sửa chữa và điều kiện đặc biệt.
10.3.6. Vị trí của tuyến tiêu nước trên bình đồ đối với thành buồng âu và cầu âu cần được xác
nước đến khe nhiệt - lún trong tường buồng âu và đầu âu không được nhỏ hơn cột nước tác dụng (trên đáy đường tiêu nước) khi buồng âu đầy nước.
10.3.7. Các tuyến đường tiêu nước kín trong khối đất đắp trả lại sau tường đầu và buồng âu trên
đường thủy loại I và II nên đảm bảo có thể đi vào được và cứ 50 m đến 60 m lại có lối thơng lên trên qua các giếng quan sát. Đối với âu trên đường thủy loại III và IV, đường kính các ống cần phải đủ để có thể thau rửa chúng qua giếng quan sát.
10.3.8. Độ dốc của đường tiêu nước kiểu kín và hở cần lấy khơng nhỏ hơn 1:500 về phía hạ lưu.10.3.9. Khơng cho phép bố trí kết hợp các tuyến xả của hệ thống tiêu nước của âu với các tuyến 10.3.9. Khơng cho phép bố trí kết hợp các tuyến xả của hệ thống tiêu nước của âu với các tuyến
xả nước mặt.
10.3.10. Kết cấu các tuyến tiêu nước đường xả tập trung tự chảy và có áp của hệ thống thấm cần
phải loại trừ được khả năng bồi lắng bùn cát, khả năng tắc nghẽn do các vật nổi.
10.3.11. Để theo dõi sự làm việc của hệ thống thấm cần phải xét đến việc đặt hệ thống ống đo
áp, giếng, đường dẫn nước và cả các lỗ để chui vào và lỗ có cửa đặc biệt.
10.3.12. Theo chiều dài của tuyến tiêu nước trong khối đất đắp trả lại sau tường buồng âu, tương
ứng với tư thế của đường cong bão hòa trong trường hợp đường cong này có độ dốc lớn và có chiều dài đáng kể, nên phân biệt ba vùng:
a) Hút nước mạnh - thấp hơn mặt bão hòa; b) Hút nước vừa - cùng mực với mặt bão hòa; c) Vùng chuyển nước - cao hơn mặt bão hòa.